厌氧处理法

厌氧生物滤池的特点：
• （a）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表
面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留 时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承 受 的 有 机 容 积 负 荷 高 ， COD 容 积 负 荷 为 2-16 kgCOD/(m3·d)，且耐冲击负荷能力强；
• （b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传 质过程，因而有机物去除速度快；
• 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。
• 厌氧过程会产生气味对空气有污染。
一般来说，对于废水中有机物浓度较低、温度较低、出水水质要求较高，并要 求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。而对于有机物浓度较高、温度 较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济。 随着对厌氧生物处理工艺的进一步了解，厌氧处理作为好氧处理的预处理手段 已经成为目前较为广泛采用的一种方法。
厌氧消化的三个阶段
此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二 氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷 ，前者约占总量的l/3后者约占2/3。
大分子有机物（碳水化合物、 蛋白质、脂肪等） 水解(胞外酶) 简单有机物（单糖、氨基酸等） 酸化（产酸细菌）
有机酸（丙酸、丁酸、戊酸 等）、醇、醛等
（2）中温消化（35～38 ℃ ）
（3）高温厌氧消化（50～55 ℃ ）
3.1 普通厌氧消化池
• 普通消化池又称传统或常规消化池。
• 消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入 池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部 排出，所产沼气从顶部排出。
• 池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直 径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。
填料，构造简单，易于操作运行，便于维护管
理。
E 污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。 F 污泥龄一般30d以上，水力停留时间比较
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短；因而UASB具有很高的容积负荷，处理
能力和处理效率较高，尤其适用于各种高
浓度有机废水的处理。
UASB反应器存在的主要问题
• 设备启动运行时间较长，需要3-6个月来培 养驯化颗粒污泥，依靠反应器内增殖积累 厌氧污泥甚至需1-2年。 • 污泥床内有短流现象发生，影响设备的处 理能力，不适于处理高悬浮物固体浓度的 废水 ； • 对水质和负荷较敏感，缓冲能力小，要求 进水和负荷要相对稳定，管理要求更高。
3 厌氧法的工艺和设备
• 按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法和厌氧生物 膜法； 厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、
上流式厌氧污泥床反应器等。
厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌
氧生物转盘等。
• 据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法 可分为常温消化、中温消化和高温消化三 种类型。 （1）常温消化（10～30 ℃）
产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。
产甲烷菌
呼吸方式
好氧呼吸 能量利用率42％ 发酵 能量利用率26％
受氢体
分子氧
有机物
化学反应式
C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O+2817.3kJ
C6H12C6 →2CO2+2CH3CH2OH+92.0kJ
厌氧生物处理的微生物
发酵细菌群（产酸细菌）
•生长特别缓慢；
2 厌氧生化法的特点
2.1 应用范围广
• 因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度 有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有
机废水，又适用于中、低浓度有机废水。
• 有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的 ，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机 物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。
2.2 能耗低
第七章 废水的厌氧处理
The Anaerobic Processes
1 厌氧生物处理原理
• 定义：
废水厌氧生物处理是指在在断绝与空气接 触的条件下通过厌氧微生物或兼氧微生物的作用， 将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二 氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。
• 厌氧消化过程:
厌氧消化过程划分为三个连续的阶段：即 水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水 解，其主要功能是：
•首先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物；
•将可溶性有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等有机酸及乙 醇、CO2、H2等。 研究表明，该类细菌对有机物的水解比较缓慢，但产酸反 应速率较快。
厌氧生物处理的微生物
产氢产乙酸菌群
• （c）微生物固着生长为主，不易流失，因此
不需污泥回流和搅拌设备； • （d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工 艺法时间短。 • （e）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发 生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池的清洗也 还没有简单有效的方法。
3.5 厌氧流化床（AFB）
沿用化工中固体颗粒流态化 技术，内装细而轻的载体作为 挂膜介质，悬浮于上升水流中，
反应器经历了360L、6m3、30m3、200m3的逐次放大
，至今最大的设备容积已达5500m3。 • 首次把颗粒污泥的概念引入反应器中。污泥床反 应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。 （活性污泥自身固体化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥）
• UASB工艺是目前研究较多、应用趋于广泛的新型污 水厌氧生物处理工艺，继荷兰之后，德国、瑞士、
UASB反应器一般不能去除废水中的氮和
磷，故在处理高、中等浓度的废水时，宜
采用厌氧－好氧串联工艺，即用UASB反应
器去除废水中大部分含碳有机物作为预处
理，用好氧处理设备去除残余的含碳有机 物和氮、磷等物质。
3.4 厌氧滤池（AF）
• 厌氧滤池又称厌氧固定膜反应器，是60年代末开发
的新型高效厌氧处理装臵。
• 同时，消化污泥在卫生学上和化学上都较稳定。
因此，剩余污泥处理和处臵简单、运行费用低，
甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。
2.5 氮、磷营养需要量较少
• 好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的
BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水
所需投加的营养盐量较少。
2.6 有杀菌作用
3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液， 不存在堵塞问题 ； 4）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备 ； 6）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离 的缺点
3.3 上流式厌氧污泥床反应器
• 上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor) ，简称UASB反应器，由 荷兰的G. Lettnga等人在70年代初研制开发的。
厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧 化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底 物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能 量较少。
• 与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以
化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。 厌氧生物处理是一个 复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解
• 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水
和污泥中的寄生虫卵、病毒等。
2.7 污泥易贮存
厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节 性或间歇性运转。
2.8 厌氧生物处理法存在的缺点:
• 厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需 时间比好氧设备长； • 出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般 在厌氧处理后串联好氧处理；
3.2 厌氧接触法
• 为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺 点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池， 形成了厌氧接触法。实际上是厌氧活性污泥法，不需要 曝气而需要脱气。对于悬浮物较高的有机废水可以采用 厌氧接触法。
厌氧接触法的特点:
1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一 般为10-15g/L，耐冲击能力强； 2）消化池容积负荷较普通消化池高，中温消化时， 一般为2-l0kgCOD/m3· d，水力停留时间比普通消化 池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天， 而接触法小于10天；
UASB反应器工作原理
• UASB反应器的主体部分是一个无填料的空容器， 由反应区 、沉淀区和气室三部分组成。
• 反应区根据污泥的分布情况分为污泥悬浮层和污 泥床。污泥床主要由沉淀和凝聚性能良好的厌氧 污泥组成，浓度可达50-100gSS/L或更高。污泥悬 浮层主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作 用形成，污泥浓度较低，一般在5-40gSS/L范围内。 UASB装臵的最大特点在于其上部设臵了一个专用 的气－液－固三相分离器。
UASB反应器示意图
0.1-0.2cm
UASB三相分离器结构型式
上流式厌氧污泥床反应器特点:
A 反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为3040g/L，其中底部污泥床污泥浓度60-80g/L，污泥 悬浮层污泥浓度5-7g/L；
• 污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发
展的颗粒污泥组成，颗粒的直径一般在0.1-0.2cm
之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。
B 有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，
COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3· d）；
C 反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥 能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备； D 无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身 产生的沼气和进水来搅动；反应器内不需填装
• 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有 机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧， 而且产生的沼气可作为能源。 • 废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消 耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时， 采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高， 剩余能量愈多。 • 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。
绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生的挥发性有 机酸转化为乙酸、H2/CO2。
厌氧生物处理的微生物
产甲烷细菌
•产甲烷细菌是严格专性厌氧细菌，生存环境要求绝对无氧；
•产甲烷细菌属古细菌，一类可利用乙酸转化为甲烷和CO2， 另一类利用H2还原CO2合成甲烷；
•对环境影响非常敏感，氧和氧化剂有毒害作用；
美国、加拿大以及中国等国相继开展了对UASB的深
入研究和开发工作，它具有其它厌氧工艺难以比拟 的优点，可实现污泥的颗粒化，具有很好的沉降性 和很高的产甲烷活性。 • 国内对UASB的研究是由北京环境保护科学研究所于
70年代末首先开始的，在溶剂、酒精、肉类加工、
纤维板等生产废水的处理方面，均取得了良好的处 理效果。
• 滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。
• 厌氧微生物附着于填料表面生长，当废水通过填料
层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的 有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。 • 厌氧生物滤池主要由滤料、布水系统、沼气收集系 统等重要部分组成的。
• 根据废水在厌氧生物滤池中的流向的不同，可分 为升流式厌氧生物滤池、降流式厌氧生物滤池和 升流式混合型厌氧生物滤池等三种形式。
• 为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常 用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅 拌；(c)循环消化液搅拌。
螺旋桨搅拌的消化池
循环消化液搅拌式消化池
在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离。设备简单。反应时间长，池容 积大。污泥易随水流带走，消化器内难以保持大量的微生物细胞。搅拌方式有三 种：池内机械搅拌；沼气搅拌；循环消化液搅拌。容积负荷为2~6kgCOD/m3•d
2.3 负荷高 •
通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3·d)， 而厌氧法为2-lO kgCOD/(m3·d)，高的可达50 kgCOD/(m3·d)。
2.4 剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好
• 好氧法每去除lkgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量， 而厌氧出去除lkgCOD只产生0.02-0.l kg生物量， 其剩余污泥量只有好氧法的5-20％。
乙酸化（乙酸细菌）
H2/CO2 甲烷化 甲烷化 CH4 （甲烷细菌）
乙酸
CO2+4H2
（甲烷细菌） CH4+2H2O
厌氧呼吸
厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。 厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程 中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶
传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。